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摘要：首先讨论了遥感卫星高速数据中频接收解调系统的应用背景，然后介绍了一种新型多速率中频QPSK解调器的组成和工作原理，并给出了该设备的性能测试方法和测试结果。
测试结果表明该解调器在280~340Mbps速率范围内均具有较好的误码率性能指标。
关键词：遥感卫星；信息系统；调制解调器；四相移相键控；载波恢复；比特同步
一、引言
近年来，国际上遥感卫星信息系统的技术研究取得了重大进展。从上世纪90年代末期开始，美国、以色列等发达国家开始大力发展高分辨率的侦察卫星系统。这些遥感卫星信息系统的遥感图像数据传输速率基本在280~320Mbps之间，这样就对地面接收解调系统提出了较高的技术要求：一方面在轨运行的遥感卫星迅速增多，迫切要求地面接收解调系统具有多功能通用的特点，即能接收多种速率、多种调制制式的遥感卫星信号；另一方面，遥感卫星的图像数据传输速率随着图像分辨率的增强而不断提高，而且有继续提高的趋势。
目前国际上已有的中频解调器一般只能够处理某几种定制的数据率，并采用如下的电路结构：①采用模拟Costas环提取相干载波；②针对每一种遥感卫星的特征设计一个特定的比特同步器，包括特定的基带滤波、时钟提取、取样判决再生、差分译码和串并变换等功能单元，最后用开关选择所需的比特同步器的数据和时钟输出，最多可容纳6个特定的比特同步器。
上述设备具有以下缺点：首先，高中频、宽频带下的模拟Costas解调处理环路对电路的功能和性能要求高，电路稳定性差,引进设备在运行过程中的多次故障记录已证实存在这一问题；其次，需要多个专门定制的比特同步器，系统可扩展性差，其应用范围受到限制；再次是重复设置的设备和元器件使用量大，使设备成本高，价格昂贵，特别是连接电缆的数量达到上百根，可靠性也受到影响。
针对上述存在的问题，本文介绍了一种新型的中频解调器。由于设计了一个通用的比特同步器，在100~340Mbit/s数据率范围内可任意选择工作速率，具有良好的可扩展性，同时采用了数字化的Costas载波恢复环路，提高了设备的可靠性。
二、多速率中频QPSK解调器的组成与工作原理
多速率中频解调器主要由以下几部分组成（如图1所示）。
1.中频滤波器单元
中频滤波器单元完成中频输入匹配、中频滤波成形功能，由8路中频切换开关和若干中频滤波器组成。中频滤波器采用高Q电容加载梳状滤波器，带外抑制大于35dB，过渡带近似满足奈奎斯特滚降。
2.AGC放大单元
AGC放大单元由压控增益放大器和AGC控制电路组成。为了保证输入信号有50dB以上的电平动态范围，需要由自动增益控制（AGC）电路，以保证输出到解调单元的信号电平稳定。
3.解调单元
解调单元组成框图如图2所示，由包含分路器、相乘器、移相器的中频正交解调电路、相干载波误差提取电路、环路滤波器以及压控振荡器等组成。中频正交解调电路将中频调制信号变换成两路正交的基带信号，基带放大滤波电路具有良好的阻抗匹配，压控振荡器(VCO)要有尽量低的相位噪声。为了保证中频正交解调电路具有优良的幅度不平衡度和相位不平衡的，需要设计性能优异的90°移相电路、模拟相乘器电路和分路电路，并且在电路结构上保证整个电路具有完美的对称性，另外还需要在相互连接的电路模块之间设计匹配电路，以保证正交支路和同相支路在很高的频率、很宽的频带内都具有优良的不平衡度指标。相干载波误差提取电路采用了数字处理Costas解调环路的逻辑，它由一系列判决器和模二和组件构成，电路简单，具有非常好的一致性。假设x、y分别表示解调得到的两路基带信号，对于QPSK调制方式，数字处理Costas解调环路的基带数字处理函数为
4.比特同步单元
比特同步单元由可编程时钟恢复电路、差分译码电路等组成。可编程时钟恢复电路完成符号率范围50~170Mbps的基带信号的定时恢复和数据再生，可编程时钟恢复电路的基本组成框图见图3。该电路输入一个NRZ码，时钟的提取由一个数字锁相环和一个数字锁频环完成，一个定时抽样电路完成时钟和输出数据的同步。锁相环(PLL)由鉴相器、分频器和电流振荡器组成，电流振荡器的频率范围由参数L［0-3］进行控制，并完全覆盖50~170MHz。为了使频率同步快速收敛，设计了一个包括鉴频器、控制电路、频率寄存器和数模变换器的FLL环路。
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